DE10048956C1 - Mit einer Messanordnung versehenes Lenkrad für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Mit einer Messanordnung versehenes Lenkrad für KraftfahrzeugeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein mit einer Meßanordnung versehenes Lenkrad für Kraftfahrzeuge, bei welchem an dem Lenkrad (10) eine gemeinsam mit der Handauflagefläche des Fahrzeugführers (13) und mit einem das Dielektrikum bildende Lenkradbezug einen Kondensator (14) ausbildende leitende und an eine Spannungsversorgung angeschlossene Fläche angeordnet ist, wobei aufgrund des bei an dem Lenkrad aufliegende Hand des Fahrzeugführers (13) fließenden Meßstromes eine Meßgröße aufgenommen und ein entsprechendes Meßsignal der Auswerteschaltung (23) als Eingangswert zugeführt wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Lenkrad mit einer Meßeinrichtung
zur Bestimmung der Handauflage des Fahrzeugführers und mit
einer mit der Meßeinrichtung gekoppelten Auswerteschaltung,
die wenigstens eine fahrzeugspezifische Einrichtung
ansteuert.
Ein Lenkrad mit den vorgenannten Merkmalen ist aus der
DE 196 31 502 C1 bekannt. Im Rahmen der Einführung moderner
Fahrer-Assistenzsysteme wie z. B. Brems- oder
Spurhalteunterstützungen wie auch von modernen
Sicherheitssystemen werden zunehmend Informationen über das
Verhalten des Fahrzeugführers in den auftretenden
Fahrsituationen benötigt. Aus der gattungsbildenden
Druckschrift ist es hierzu bekannt, am Lenkrad einen
faseroptischen Sensor anzubringen, mittels dessen die
elastische Verformung der Ummantelung des Lenkrades
aufgrund der Umgreifung durch den Fahrer erfaßt werden kann
und als Meßsignal zur Steuerung fahrzeugseitiger Funktionen
über eine eingeschaltete Auswerteeinrichtung herangezogen
wird.
Aus der EP 0 888 932 A1 ist es bekannt, für die
Entscheidung zur Auslösung eines Airbags die Greifhaltung
des Fahrzeugführers am Lenkrad mit einzubeziehen; zur
Ermittlung der Greifhaltung sind an dem Lenkrad über die
Anordnung entsprechender Sensoren unterschiedliche
Tastzonen eingerichtet, so daß über entsprechende
Tastsignale die Greifhaltung des Fahrzeugführers
feststellbar ist.
Mit den aus dem Stand der Technik bekannten Einrichtungen
ist der Nachteil verbunden, daß die am Lenkrad
vorzunehmenden Einbauten wie die Umwicklung des Lenkrades
mit einem faseroptischen Sensor oder die Anbringung und
Verschaltung von unterschiedlichen Tastsensoren aufwendig
ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein
Lenkrad der eingangs genannten Art derart zu verbessern,
daß eine zuverlässige Ermittlung der Handauflage des
Fahrzeugführers am Lenkrad bei gleichzeitiger einfacher
Anordnung der Meßschaltung am Lenkrad gegeben ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich
vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildung der
Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser
Beschreibung nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht hierzu vor, daß an dem Lenkrad eine
gemeinsam mit der Handauflagefläche des Fahrzeugführers und
mit einem das Dielektrikum bildenden Lenkradbezug einen
Kondensator ausbildende leitende Fläche angeordnet ist,
wobei die leitende Fläche des Lenkrades an einer an eine
Spannungsversorgung angeschlossenen Meßschaltung derart
angeschlossen ist, daß bei an dem Lenkrad aufliegender Hand
des Fahrzeugführers aufgrund des wegen der durch den
Fahrzeugführer verursachten kapazitiven Kopplung zwischen
Lenkrad und Fahrzeugkarosserie vom Ausgang der Meßschaltung
zur Fahrzeugmasse fließenden Meßstromes eine Meßgröße
aufgenommen und ein entsprechendes Meßsignal der
Auswerteschaltung als Eingangswert zugeführt wird.
Im einzelnen beruht die Erfindung auf der kapazitiven
Kopplung einer am Lenkradkranz anliegenden Wechselspannung
über den Fahrzeugführer zur Fahrzeugmasse. Dazu wird an dem
Lenkrad eine leitende Fläche ausgebildet und diese mit dem
Ausgangssignal einer zugeordneten Versorgungs- und
Meßschaltung mit einem vernachlässigbaren
Leistungsverbrauch verbunden, welche eine Wechselspannung
im Volt-Bereich bei einer Frequenz von einigen zig-Kiloherz
erzeugt. Beispielsweise an den Hupkontakten sind über die
zugehörige Relaisspule im Lenkrad die Bordspannung als
Versorgungsspannung sowie Fahrzeugmasse bereits vorhanden
und können so für die Stromversorgung der Meßschaltung
genutzt werden. Wegen der beim Aufliegen der Hand auf dem
Lenkradkranz durch den Fahrzeugführer verursachten
kapazitiven Kopplung zwischen dem Lenkradkranz und der
Karosserie fließt vom Ausgang der Meßschaltung ein geringer
Wechselstrom zur Fahrzeugmasse. Dieser Meßstrom wird im
wesentlichen von der aus der Hintereinanderschaltung zweier
Kondensatoren und einem Widerstand gebildeten
Gesamtimpendanz bedingt und liegt in einem für den
Fahrzeugführer völlig ungefährlichen Bereich einiger
Mikroampere.
Der erste Kondensator wird dabei durch die Auflagefläche
der Hand des Fahrzeugführers gegenüber der leitenden Fläche
am Lenkrad gebildet, wobei der in der Regel als Lederbezug
ausgebildete Lenkradbezug als Dielektrikum wirkt. Der
zweite Kondensator wird durch die Fahrer-Körperoberfläche
gegenüber den mit der Fahrzeugmasse verbundenen
Fahrzeugkomponenten wie Federn oder Heizdrähte im Sitz bzw.
der Rückenlehne des Sitzes, Pedalerie und dergleichen
ausgebildet. Zwischen diesen beiden Kondensatoren liegt der
Körper-Leitwiderstand des Fahrzeugführers, welcher in dem
gewählten Frequenzbereich mit einigen Kiloohm impedanzmäßig
gegenüber der Berührungskapazität vergleichsweise
niederohmig ist. Deshalb hängt der Meßstrom im wesentlichen
von der Auflagefläche der Hand bzw. der Hände des
Fahrzeugführers am Lenkrad sowie in einem geringeren Ausmaß
auch von dem Berührungsdruck der Hand bzw. der Hände ab.
Der Meßstrom wird gemessen, verstärkt und über die Spule
des Huprelais geleitet. Über die Impedanz dieser Spule
führt der Meßstrom zu einer proportionen Wechselspannung,
welche in der Auswerteschaltung gleichgerichtet und mit
einem vorgegebenen Schwellwert verglichen werden kann.
Mit der Erfindung ist der Vorteil verbunden, daß die
erforderliche Meßschaltung im Lenkrad bzw. der Lenkradsäule
untergebracht werden kann, wobei aufgrund der Nutzung der
im Lenkrad vorhandenen Hupschalterfunktion keine
zusätzliche Leitung aus dem Lenkrad herausgeführt zu werden
braucht. Die erfindungsgemäße Anordnung ist ferner
gegenüber vom Fahrzeugführer herrührenden Einflüssen, wie
zum Beispiel von dem Tragen von Handschuhen unabhängig, und
es kann hinsichtlich der Einrichtung der Meßanordnung im
wesentlichen auf vorhandene Teile wie das Lenkradskelett
oder eine Lenkradheizung einerseits bzw. die im Sitz
befindlichen Metallteile andererseits zurückgegriffen
werden. Außerdem sind gesondert einzubauende Sensoren bzw.
sonstige in bestimmter Anordnung am Lenkradkranz
festzulegende Bauteile nicht erforderlich.
Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung können als
Meßgröße der aufgrund der über den Fahrzeugführer
hergestellten Verbindung zwischen dem Lenkradkranz und der
Fahrzeugmasse fließende Strom bzw. dessen Frequenz
herangezogen sein.
Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die leitende
Fläche des Lenkrades durch einen auf der Innenseite des
Lenkradbezuges aufgebrachten leitfähigen Lack oder durch
das metallisch ausgebildete Lenkradskelett selbst bzw.
durch eine an dem Lenkrad angebrachte Lenkradheizung
gebildet sein.
Die als einziges zusätzliches Bauteil vorzunehmende
Meßschaltung kann in einfacher Weise im Lenkrad selbst
angeordnet sein, oder sie kann in unmittelbarer Nähe des
Lenkrades an der das Lenkrad tragenden Lenksäule angeordnet
sein.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die
Meßschaltung als an das Hupenrelais angeschlossene
Oszillatorschaltung ausgebildet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es
zeigen:
Fig. 1a die Lenkradanordnung mit den Fahrzeugführer
einschließender Meßanordnung in einer
schematischen Darstellung,
Fig. 1b die Meßanordnung gemäß Fig. 1a in einer
Schaltungsdarstellung,
Fig. 2 die Meßschaltung zur Einrichtung einer
Versorgungspannung und Aufnahme eines Meßsignals
in einer Einzeldarstellung.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an
einem Lenkrad 10 eine in Fig. 2 im einzelnen dargestellte
Meßschaltung 12 zur Spannungsversorgung der Meßanordnung
und zur Erfassung eines bei Handauflage eines
Fahrzeugsführers 13 am Lenkradkranz 11 fließenden Meßstroms
angeschlossen. Im Bereich der Handauflage des nur
schematisch dargestellten Fahrzeugsführers 13 am
Lenkradkranz 11 wird aus einer am Lenkradkranz 11
ausgebildeten elektrisch leitfähigen Fläche, dem als
Dielelektrikum wirkenden Lederbezug am Lenkrad und der
Hautfläche des Fahrzeuginsassen 13 ein erster Kondensator
14 gebildet. Die leitende Fläche kann beispielsweise durch
das Aufbringen eines Leitlacks auf die Innenseite des
Lenkradbezuges ausgebildet sein.
Ein zweiter Kondensator 15 wird durch die Fahrer-
Körperoberfläche gegenüber den mit der Fahrzeugmasse 16
verbundenen Fahrzeugkomponenten in Form der im Sitz oder in
der Rückenlehne ohnehin vorhandenen Federn oder Heizdrähte
oder der Pedalerie ausgebildet. Zwischen diesen beiden
Kondensatoren 14, 15 liegt der Körper-Leitwiderstand 17 des
Fahrzeugführers 13.
Liegt die Hand des Fahrzeugführers 13 auf dem Lenkradkranz
11, so fliesst aufgrund der durch den Fahrzeugführer 13
verursachten kapazitiven Kopplung zwischen Lenkradkranz 11
und Fahrzeugmasse 16 ein Meßstrom, dessen Größe bzw.
Frequenz unmittelbar von der durch die Fahrerhand
umschlossene Fläche des Lenkrades abhängt, wie auch von der
Kraft abhängig ist, mit der der Fahrzeugführer 13 das
Lenkrad 10 hält. Eine Erhöhung dieser Kraft hat nämlich
unmittelbar eine Vergrößerung der umschlossenen Fläche des
Lenkrades 10 zur Folge und damit eine Änderung der
Kapazität des Kondensators 14, woraus sich eine Änderung
der Meßgröße ergibt. Ein Nichtberühren des Lenkrades bzw.
ein verstärktes Umgreifen des Lenkrades kann somit in Form
einer Meßgröße festgestellt werden.
In Fig. 2 ist der Aufbau der Meßschaltung 12 zur
Spannungserzeugung und zum Aufnehmen der Meßgröße
dargestellt. Über die niederohmige Wicklung des Huprelais
18 wird die von der Fahrzeugbatterie abgegriffene
Betriebsspannung für die innerhalb des Lenkrades 10
angeordnete Meßschaltung 12 über eine zur Installation der
Hupenanlage ohnehin notwendige Lenkraddurchführung 19
zugeführt und durch das in der Meßschaltung 12 angeordnete
RC-Glied RVCV geglättet. Der Betriebsstrom der Meßschaltung
12 ist demnach geringer als der Schaltstrom des Huprelais
18. RV wird daher so hochohmig gewählt, daß auch bei
Fehlfunktionen, beispielsweise einem Kurzschluß,
prinzipiell kein Schalten des Relais erfolgen kann. Ein in
der Meßschaltung 12 angeordneter Rechteckgenerator 20
erzeugt eine Frequenz geeigneter Größe von beispielsweise
100 kHz, wobei durch einen vorgesehenen Tiefpass 21 die
Oberwellen gedämpft werden. Eine eingeschaltete Meßbrücke
besteht aus 4 gleichen Widerständen RM. Die
Widerstandswerte müssen dabei im Bereich der Impedanz des
Kondensators 14 bei der gewählten Frequenz liegen. Am
Ausgang des der Meßbrücke nachgeschalteten
Differenzverstärkers 22, welcher sehr hochohmige Eingänge
aufweist, wird durch die kapazitive Stromauskopplung bei
der Handauflage des Fahrzeugführers 13 am Lenkrad 10 eine
Signalspannung erhalten; diese Signalspannung wird über RA
und CA ausgekoppelt und führt zu einem Wechselstrom
geringer Größe durch die Spule des Huprelais 18. Am
Huprelais 18 wird das Meßsignal über einen Kondensator CE
abgenommen und einer Auswerteschaltung 23 zugeführt, in
welcher eine Signalbearbeitung durch Verstärkung, Frequenz-
Filterung, Gleichrichtung sowie Schwelldetektion erfolgt.
Das von der Auswerteschaltung abgegebene Signal zeigt an,
ob und ggf. mit welchem Auflagedruck die Hand des
Fahrzeugführers 13 auf dem Lenkradkranz 11 liegt.
In einer Weiterbildung der zu Fig. 2 beschriebenen
Meßschaltung mit der Erzeugung eines in Form der Amplitude
der Signalspannung analog vorliegenden Meßwertes kann auch
eine digitale Meßwertübertragung vorgesehen sein. Wegen der
größeren Störsicherheit kann so die Anforderung an die
Signalfilterung auf der Auswerteseite deutlich reduziert
werden.
So erfordert die zu Fig. 2 beschriebene und auf der
Verstimmung einer Meßbrücke beruhende Meßschaltung
innerhalb des Lenkrades 10 eine genaue Kompensation der
Streukapazität des unberührten Lenkrades über den gesamten
Einsatz-Temperaturbereich der Meßschaltung. Die relativ
geringe Differenz-Signalspannung bedingt die Verwendung
eines zusätzlichen Verstärkers mit zu kompensierender
Tempaturdrift.
Dagegen kann vorgesehen sein, die Streukapazität des
Lenkrades unmittelbar als frequenzbestimmenden Kondensator
einer RC-Oszillatorschaltung zu nutzen und die Kapazitäts-
und damit die Frequenzänderung des Oszillators durch
Berühren des Lenkrades zu detektieren. Die Streukapazität
des unberührten Lenkrades ist im wesentlichen
geometriebedingt und im wesentlich temperaturunabhängig;
der ebenfalls frequenzbestimmende Widerstand hat bei
geeigneter Wahl, beispielsweise als Metallfilm, ebenfalls
keine meßgenauigkeitsbegrenzende Temperaturdrift. Die im
Lenkrad zu verbauende Meßschaltung 12 besteht somit nur
noch aus einem IC sowie einigen passiven Bauteilen.
Im Bereich der Auswerteschaltung 23 werden nur noch zwei
ICs benötigt, nämlich ein zweifach arbeitender
Operationsverstärker sowie ein zweifach retriggerbares
Monoflop. Die beiden Operationsverstärker sind dabei
jeweils über Wienfilter angekoppelt und hintereinander
geschaltet. Die Wienfilter sind auf den Frequenzbereich
zwischen berührtem und unberührtem Lenkrad angepaßt. Die
Gesamtverstärkung wird so ausgelegt, daß das dem zweiten
Operationsverstärker nachgeschaltete Monoflop sicher
getriggert wird.
Das Funktionsprinzip der Frequenzdiskriminierung in der
Auswerteschaltung durch die zwei retriggerbaren Monoflops
besteht darin, daß das erste Monoflop auf die Einschaltzeit
eingestellt wird, welche der zu diskriminierenden
Periodendauer des Triggersignals entspricht. Liegt die
Periodendauer des Triggersignals unterhalb dieser
Einschaltzeit, bleibt der Ausgang des Monoflops wegen der
Nachtriggerung ständig aktiv. Unterschreitet die
Periodendauer des Triggersignals diese Einschaltzeit,
erhält man am Ausgang des Monoflops Pulse. Von diesem
Monoflop wird das zweite Monoflop getriggert, welches eine
Einschaltzeit aufweist, die deutlich länger ist als die
größte Periodendauer des Triggersignals. Wegen der
Nachtriggerung bleibt das zweite Monoflop aktiv, solange am
Ausgang des ersten Monoflops Pulse anliegen. Bleiben die
Pulse aus, wird der Ausgang des zweiten Monoflops nach
Ablauf seiner eingestellten Einschaltzeit inaktiv. Mit der
vorstehend ausgelegten Meßschaltung kann jedoch nur die
Lenkradberührung detektiert werden, nicht jedoch deren
Stärke. Soll die Größe der Berührungskapazität und damit
die Handauflagefläche gemessen werden, kann vorgesehen
sein, den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers an den
Eingang eines Frequenz/Spannungswandlers zu schalten.
Claims (11)
1. Lenkrad mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung der
Handauflage des Fahrzeugführers und mit einer mit der
Meßeinrichtung gekoppelten Auswerteschaltung, die
wenigstens eine fahrzeugspezifische Einrichtung
ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Lenkrad
(10) eine gemeinsam mit der Handauflagefläche des
Fahrzeugführers (13) und mit einem das Dielektrikum
bildenden Lenkradbezug einen Kondensator (14)
ausbildende leitende Fläche angeordnet ist, wobei die
leitende Fläche des Lenkrades (10) an einer an eine
Spannungsversorgung angeschlossenen Meßschaltung (12)
derart angeschlossen ist, daß bei an dem Lenkrad
aufliegender Hand des Fahrzeugführers (13) aufgrund
des wegen der durch den Fahrzeugführer (13)
verursachten kapazitiven Kopplung zwischen Lenkrad
(10) und Fahrzeugkarosserie vom Ausgang der
Meßschaltung (12) zur Fahrzeugmasse (16) fließenden
Meßstromes eine Meßgröße aufgenommen und ein
entsprechendes Meßsignal der Auswerteschaltung (23)
als Eingangswert zugeführt wird.
2. Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Meßgröße die Stromstärke des fließenden Meßstromes
herangezogen ist.
3. Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Meßgröße die Frequenz des fließenden Meßstromes
herangezogen ist.
4. Lenkrad nach einem der Anprüch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitende Fläche des Lenkrades
(10) durch einen auf der Innenseite des Lenkradbezuges
aufgebrachten leitfähigen Lack gebildet ist.
5. Lenkrad nach einem der Ansprüch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die leitende Fläche des Lenkrades
(10) durch das metallisch ausgebildete Lenkradskelett
gebildet ist.
6. Lenkrad nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Fläche des
Lenkrades (10) durch eine an dem Lenkrad angebrachte
Lenkradheizung gebildet ist.
7. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (12) im Lenkrad
(10) angeordnet ist.
8. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (12) in der
Lenksäule angeordnet ist.
9. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (12) an die
Spannungsversorgung der Hupenanlage angeschlossen ist.
10. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßschaltung (12) als an das
Hupenrelais (18) angeschlossene Oszillatorschaltung
ausgebildet ist.
11. Lenkrad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung (23) die
Auslösung eines zum Fahrzeuginsassen-Sicherheitssystem
gehörenden Airbags ansteuert.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000148956 DE10048956C1 (de) | 2000-10-04 | 2000-10-04 | Mit einer Messanordnung versehenes Lenkrad für Kraftfahrzeuge |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2000148956 DE10048956C1 (de) | 2000-10-04 | 2000-10-04 | Mit einer Messanordnung versehenes Lenkrad für Kraftfahrzeuge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10048956C1 true DE10048956C1 (de) | 2002-05-02 |
Family
ID=7658544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000148956 Expired - Lifetime DE10048956C1 (de) | 2000-10-04 | 2000-10-04 | Mit einer Messanordnung versehenes Lenkrad für Kraftfahrzeuge |
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